Geotermální energie

Slovo geotermální má původ v dvou řeckých slovech: geo (země) a therme (teplo), a znamená teplota země, a podle toho se tepelní energie Země ještě nazývá i geotermální energie. Teplota ve vnitrozemí je výsledek formování planety z prachu a plynů před více než čtyři miliardy lét, a radioaktivní rozkládání prvků v horninách kontinuálně regeneruje to teplo, a podle toho je geotermální energie obnovitelný zdroj energie. Základní medium který přenáší teplo z vnitrozemí na povrch je voda nebo pára, a ten komponent se obnovuje tak že voda od dešťů proniká hluboko skrz rozpukliny a tam se zahřívá a cirkuluje zpět k povrchu, kde se objevuje ve formě gejzíru a vroucích pramenů.

Země má několika vrstev. Základní vrstvy jsou vnější tvrdá kůra (Crust),tekoucí plášť (Mantle), vnější tekoucí jádro (Outer Core) a vnitřní tvrdé jádro (Inner Core).

Vnější tvrdá kůra Země je hluboká pět až 50 kilometru a skládá se z hornin. Hmoty z vnitřní vrstvy neustále vycházejí na povrch skrz sopeční jícně a pukliny na dně oceánu. Pod kůrou se nachází plášť a šíři se až do hloubky kolem 2900 kilometru, a skládá se z sloučenin bohatých železem a magnéziumem. Zpod všeho toho se nacházeji dvě vrstvy jádra- tekoucí vrstva a tvrdá vrstva v samém jádru planety. Poloměr Země je kolem 6378 kilometru, a nikdo vlastně neví co se přesně nachází ve vnitrozemí, toto všechno jsou vlastně vědecké předpoklady o vzhledu vnitrozemí planety. Ty předpoklady se zakládají na pokusech v podmínkách vysokého tlaku a velkých teplot.

Spouštěním vnější vrstvu Země vlastně kůru teplota se zvyšuje kolem 17 °C až 30 °C na kilometr hloubky (50 – 87 °F na míly hloubky). Pod kůrou se nachází plášť který se skládá z částečně rozpuštěných hornin a teplota toho pláště je mezi 650 a 1250 °C (1200 – 2280 °F). V samém jádru Země teplota by mohla být, podle některých ocenění, mezi 4000 a 7000 °C (7200 – 12600 °F). S ohledem na to že teplo vždy přechází z teplejších částech na chladnější teplo z vnitrozemí se přenáší k povrchu a ten přenos tepla je zásadní hybná síla tektonických desek. Na místech kde se spojují tektonické desky může dojit k pronikání magmy k vrchními vrstvami a ta magma se pak chladí a tvoří novou vrstvu zemní kůry. Když magma přijde k povrchu může vytvořit sopky, ale většina zůstava pod povrchem a tvoří ohromné bazény a tady se začíná chladit a ten proces trvá od 5000 lét až milion lét. Území pod kterými se nacházejí takové bazény magmy mají velkou teplotní vzestup, vlastně teplota se zvedá velmi rychle zvětšením hloubky a taková území jsou velmi výhodná pro využívání geotermální energie.

Potenciál geotermální energie je ohromný je ji 50000 krát více než ostatní energie která se může dostat z ropy a plynu na celém světě. Geotermální zdroje se nacházejí v širokém spektrumu hlubin, od mělkých povrchních až více kilometrů hlubokých rezervoáru vroucí vody a páry která se může přivést na povrch a využit. V přírodě se geotermální energie nejčastěji objevuje ve formě sopek, pramenů vroucí vody a gejzíru. V některých státech se geotermální energie používá už tisícletí ve formě lázních vlastně rekreační-léčivého koupaní. Ale rozvoj vědy se neomezil jenom na část léčivého využívání geotermální energie ale také využívání geotermální energie usměrnil k procesu dostávání elektrický energie a topení v domácnostech a průmyslových zařízení. Zahřívání budov a využívání geotermální energie v procesu dostávání proudu jsou hlavní, ale ne i jediný způsob využívání té energie. Geotermální energie se také může využit i pro jiné cíle jako například ve výrobě papíru, pasterizaci mléka, bazénech na plavaní, v procesu sušení dřeva a vlny, dobytkářství atd.

Hlavní nedostatek během využívání geotermální energie je to že neexistuje mnoha území na světě která jsou výjimečně výhodná pro exploataci. Nejvýhodnější jsou území na okrajích tektonických desek, vlastně území velké sopeční a tektonické aktivity. Následující obrázek znázorňuje tektonickou mapu světa a výhodná území na využívání geotermální energie.

Země je rozdělena na tektonické desky které se celou dobu pohybují a srážejí a tak tvoří místa výhodná pro využívání geotermální energie. Nejvýhodnější území pro exploataci té energie se nachází na takzvaném Plamenném prstenu (Ring of Fire).

Výroba elektrický energie

Jeden z nejvýznámnějších tvaru využívání geotermální energie je výroba elektrický energie. Tady se používají vřelá voda a pára ze Země pro pohybování generátoru a na ten způsob nehoří fosilní paliva a výsledek toho je že neexistuji škodlivé emise plynu do atmosféry, vypouští se jenom vodní pára. Další výhoda je v tom že se takové elektrárny můžou použit v různých prostředí např. farma, citlivé pouštní území a lesní-rekreační území.

Začátky využívání teploty Země pro tvoření elektrický energie se spojuje s malým italským městem Landerello a rokem 1904. Toho roku tam začalo experimentování s tím tvarem výroby elektrický energie kde se pára používala pro pohybování malé turbíny která napájela pět žárovek ten experiment se považuje prvním použitím geotermální energie pro výrobu elektrický energie. Tam roku 1911 začali stavět první geotermální elektrárnu která je dokončena roku 1913 a síla byla 250 kW. To byla jediná geotermální elektrárna na světě asi půl století. Zásada práce je jednoduchá: chladná voda se vpumpuje do vřelých žulových hornin které se nachází blízko povrchu a ven vychází vřelá pára která je větší než 200 °C a pod velkým tlakem a ta pára pak pohybuje generátory. I když jsou všechna tovární zařízení v Landerello-u zničena v druhé světové válce, znovu jsou vystavená a používají se ještě i dnes. To tovární zařízení i dnes napájí kolem milion domácnostech, vlastně vyrábí asi 5000 GWh na rok, což je kolem 10% celkové světové výroby proudu z geotermálních pramenů. I když je geotermální energie obnovitelný zdroj energie tlak páry se v Landerello-u zmenšil o 30% od roku 1950.

Momentálně se používají tři základní druhy geotermálních elektráren:

• Princip suché páry (Dry steam) – používá se jenom vřelá pára, typický nad 235 °C (445 °F). Ta pára se používá pro přímé pohybování turbín generátoru. Toto je nejjednodušší a nejstarší princip a ještě stále se používá proto že je to mnohem levnější způsob výroby elektrický energie z geotermálních pramenů. Zmíněná první geotermální elektrárna na světě v Landerello-u používala ten princip. Momentálně je největší elektrárna která používá „Dry steam“ princip v severní Kalifornii a jmenuj se The Geysers, a vyrábí elektrickou energii ještě od roku 1960. množství vyrobené elektrický energie z tohoto továrního zařízení je ještě stále dostatečná pro zásoby města velikosti San Francisco-a.
• Flash princip (Flash steam) – používá se vřelá voda z geotermálních rezervoáru která je pod velkým tlakem a na teplotách větších než 182 °C (360 °F). Čerpáním vody z těch rezervoáru k elektrárně na povrchu se zmenšuje tlak a vřela voda se mění do páry a pohybuje turbíny. Voda která se nezměnila do páry se vrací zpět do rezervoáru aby se znovu použila. Většina moderních geotermálních elektráren používá tento způsob práce.
• Binární princip (Binary cycle) – Voda která se používá u binárního principu je chladnější než voda která se používá u ostatních způsobech dostávání elektrický energie z geotermálních pramenů. U binárního principu vřelá voda se používá na zahříváni tekutiny která má významně nižší teplotu vření než voda, a ta tekutina se mění v páru při teplotě vřelé vody a pohybuje turbíny generátoru. Výhoda tohoto způsobu je větší účinnost postupu, a dostupnost nutných geotermálních rezervoáru je mnohem větší než u ostatních postupu. Další výhoda je úplná uzavřenost systému s ohledem na to že se použitá voda vrací zpět do rezervoáru a tak je ztráta tepla zmenšená, a ani se neztrácí hodně vody. Většina plánovaných nových geotermálních elektráren bude používat tento princip.

Princip který se bude používat u stavby nové elektrárny záleží na druhu geotermálního pramenu energie, vlastně na teplotě, hloubce a kvalitě vody a páry na tom území. V každém případě se kondenzovaná pára a pozůstatky geotermální tekutiny vracejí zpět do vrtů a na ten způsob se zvětšuje vytrvalost geotermálního pramenu.

Používání geotermální energie pro jiné cíle

Druhý zajímavý tvar využívání geotermální energie je topení. Největší geotermální systém který se používá na topení se nachází na Islandě vlastně v hlavním městě Reykjavik-u v kterém téměř všechny budovy používají geotermální energie , a dokonce se 89% islandských domácnostech ohřívá na ten způsob. I když je Island přesvědčivě největší vykořisťovatel geotermální energie na osobu obyvatelstva, není jediný ve využívání geotermální energie. Geotermální energie se hodně využívá i na území Nového Zélandu, Japonska, Itálie, Filipinů a některých částech Spojených Státech Amerických jako např. San Bernardino v Kalifornii a v hlavním městě Idaho-a Boise-u.

Jeden z pramenů vřelé vody na Islandě je výhodný pro využívání geotermální energie. Island je stát který nejvíce používá svoji přírodní polohu pro využívání geotermální energie.

Geotermální energie se používá i v hospodářství aby se zvětšila úroda. Voda z geotermálních rezervoáru se používá na zahřívání pro pěstování květin a zeleniny. V skleníku se nezahřívá jenom vzduch, ale také i půda na které rostou rostliny. Stoletími se to používá v střední Itálii, a Maďarsko momentálně uspokojuje 80% energetických potřeb skleníku s geotermální energii.

Tepelné pumpy jsou ještě jeden způsob používání geotermální energie. Tepelné pumpy spotřebovávají elektrickou energii pro cirkulaci geotermální tekutiny, a ta tekutina se později používá na topení, chlazení, vaření a přípravu teplé vody a na ten způsob se výjimečně zmenšuje potřeba pro elektrickou energii.

Existují ještě mnohé způsoby použití geotermální energie , ale není potřeba všechno podrobně vykládat. To jsou např. chov ryb, různé používání v průmyslu, balneologie – použití pro rekreaci a lázně apod.

Závěr

S ohledem na to že oceněné množství geotermální energie které by se mohlo využit je mnohem větší než celkové množství energetických zdrojů které mají základ ropu, uhlí a zemní plyn mělo by se geotermální energii přikládat větší význam. Obzvláště jestli se vezme v úvahu že je to levný, obnovitelný zdroj energie který je také ekologický přijatelný. S ohledem na to že geotermální energie není lehko dostupná mělo by se alespoň využit místa na kterých je ta energie dostupná (okraje tektonických desek) a na ten způsob alespoň trochu zmenšit spotřebu fosilních paliv a tak pomoci Zemi aby se uzdravila od škodlivých skleníkových plynů.